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Python使用struct处理二进制(pack和unpack用法)

有的时候需要用python处理二进制数据,比如,存取文件,socket操作时.这时候,可以使用python的struct模块来完成.可以用 struct来处理c语言中的结构体.

struct模块中最重要的三个函数是pack(), unpack(), calcsize()

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#  按照给定的格式(fmt),把数据封装成字符串(实际上是类似于c结构体的字节流)
pack(fmt, v1, v2, ...)
 
# 按照给定的格式(fmt)解析字节流string,返回解析出来的tuple
unpack(fmt, string)      
 
# 计算给定的格式(fmt)占用多少字节的内存
calcsize(fmt)

上述fmt中,支持的格式为:

FORMATC TYPEPYTHON TYPESTANDARD SIZENOTES
xpad byteno value

ccharstring of length 11
bsigned charinteger1(3)
Bunsigned charinteger1(3)
?_Boolbool1(1)
hshortinteger2(3)
Hunsigned shortinteger2(3)
iintinteger4(3)
Iunsigned intinteger4(3)
llonginteger4(3)
Lunsigned longinteger4(3)
qlong longinteger8(2), (3)
Qunsigned long longinteger8(2), (3)
ffloatfloat4(4)
ddoublefloat8(4)
schar[]string

pchar[]string

Pvoid *integer
(5), (3)

注1.q和Q只在机器支持64位操作时有意思

注2.每个格式前可以有一个数字,表示个数

注3.s格式表示一定长度的字符串,4s表示长度为4的字符串,但是p表示的是pascal字符串

注4.P用来转换一个指针,其长度和机器字长相关

注5.最后一个可以用来表示指针类型的,占4个字节

为了同c中的结构体交换数据,还要考虑有的c或c++编译器使用了字节对齐,通常是以4个字节为单位的32位系统,故而struct根据本地机器字节顺序转换.可以用格式中的第一个字符来改变对齐方式.定义如下:

CHARACTERBYTE ORDERSIZEALIGNMENT
@nativenativenative
=nativestandardnone
<little-endianstandardnone
>big-endianstandardnone
!network (= big-endian)standardnone

使用方法是放在fmt的第一个位置,就像’@5s6sif’

例子1:

结构体如下:

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structHeader
{
    unsignedshortid;
    char[4] tag;
    unsignedintversion;
    unsignedintcount;
}

通过socket.recv接收到了一个上面的结构体数据,存在字符串s中,现在需要把它解析出来,可以使用unpack()函数:

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importstruct
id, tag, version, count =struct.unpack("!H4s2I", s)

上面的格式字符串中,!表示我们要使用网络字节顺序解析,因为我们的数据是从网络中接收到的,在网络上传送的时候它是网络字节顺序的.后面的H表示 一个unsigned short的id,4s表示4字节长的字符串,2I表示有两个unsigned int类型的数据.

就通过一个unpack,现在id, tag, version, count里已经保存好我们的信息了.

同样,也可以很方便的把本地数据再pack成struct格式:

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ss=struct.pack("!H4s2I",id, tag, version, count);

pack函数就把id, tag, version, count按照指定的格式转换成了结构体Header,ss现在是一个字符串(实际上是类似于c结构体的字节流),可以通过 socket.send(ss)把这个字符串发送出去。

例子2:

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importstruct
 
a=12.34
 
# 将a变为二进制
bytes=struct.pack('i',a)

此时bytes就是一个string字符串,字符串按字节同a的二进制存储内容相同。

再进行反操作,现有二进制数据bytes,(其实就是字符串),将它反过来转换成python的数据类型:

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# 注意,unpack返回的是tuple !!
a,=struct.unpack('i',bytes)

如果是由多个数据构成的,可以这样:

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a='hello'
b='world!'
c=2
d=45.123
 
bytes=struct.pack('5s6sif',a,b,c,d)

此时的bytes就是二进制形式的数据了,可以直接写入文件比如 binfile.write(bytes)

然后,当我们需要时可以再读出来,bytes=binfile.read()

再通过struct.unpack()解码成python变量

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a,b,c,d=struct.unpack('5s6sif',bytes)

’5s6sif’这个叫做fmt,就是格式化字符串,由数字加字符构成,5s表示占5个字符的字符串,2i,表示2个整数等等,下面是可用的字符及类型,ctype表示可以与python中的类型一一对应。

注意:二进制文件处理时会碰到的问题

我们使用处理二进制文件时,需要用如下方法:

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binfile=open(filepath,'rb')    #读二进制文件
 
binfile=open(filepath,'wb')   #写二进制文件

那么和binfile=open(filepath,’r')的结果到底有何不同呢?

不同之处有两个地方:

第一,使用’r'的时候如果碰到’0x1A’,就会视为文件结束,这就是EOF。使用’rb’则不存在这个问题。即,如果你用二进制写入再用文本读出的话,如果其中存在’0X1A’,就只会读出文件的一部分。使用’rb’的时候会一直读到文件末尾。

第二,对于字符串x=’abc\ndef’,我们可用len(x)得到它的长度为7,\n我们称之为换行符,实际上是’0X0A’。当我们用’w'即文本方式写的时候,在windows平台上会自动将’0X0A’变成两个字符’0X0D’,’0X0A’,即文件长度实际上变成8.。当用’r'文本方式读取时,又自动的转换成原来的换行符。如果换成’wb’二进制方式来写的话,则会保持一个字符不变,读取时也是原样读取。所以如果用文本方式写入,用二进制方式读取的话,就要考虑这多出的一个字节了。’0X0D’又称回车符。linux下不会变。因为linux只使用’0X0A’来表示换行。


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